[發明專利]用于測量振動物體頻率的系統和方法

有效

• 申請號: 201280056542.X
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN103998905A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 拉里·尤金·雅各布森;斯科特·史蒂文·科爾內森
• 申請（專利權）人: 坎貝爾科學股份有限公司
• 主分類號: G01H1/06
• 分類號: G01H1/06;G01H13/00
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 王春偉;劉繼富

背景技術

技術領域

本發明通常涉及傳感器。更具體地，本發明的實施方案涉及振弦測量儀。

相關技術

振弦測量儀廣泛地用于各種應用中，包括在包含建筑物、橋梁、壩、樁、隧道襯砌、管道、錨等在內的許多建筑項目中測量各種性能和力的大小。該測量儀已經適于監測應力、應變、撓度、壓力、位移、液位、角運動和溫度。雖然進步的技術已經產生了其它類型的傳感器，但是由于該傳感器的長期可靠性，振弦測量儀經常被認為是用在許多裝置中的最佳傳感器。

振弦測量儀通常基于振弦原理工作，該原理規定，當弦被撥動時以其共振頻率振動。共振頻率由下式確定：

v=n2lσμ]]>

其中，υ是以周期/時間計的頻率，n是基本(非諧振的)振動模式的1個周期，l是弦的長度，σ是以力/面積計的弦張力(或應力)，且μ是以質量/長度計的弦的長度密度。測量儀可以構建為使得弦在焊接或以其它方式附接到結構構件的小直徑、薄壁管中保持張力。電磁線圈可以用于撥動或激勵弦并測量振動頻率。然后，通常通過采用一系列校準因子，將頻率用于計算任意數目的結構構件的物理性質。

在常規的系統中，利用頻率的寬頻譜來激勵弦，并且測量弦的共振頻率。在可采取二次測量之前，在允許或迫使弦停止振動之后，對弦進行二次激勵。當需要連續采取振弦的多種測量時，這種時間延遲可能是不理想的。

本文中要求保護的主題并不限于解決任意缺點的實施方案或只在上述那些環境中工作的實施方案。相反地，該背景僅僅提供為示出可以實施本文中所描述的一些實施方案的一個示范性技術領域。

發明內容

提供發明內容部分是為了介紹以下在具體實施方案部分中進一步描述的簡化形式的概念的選擇。發明內容部分并非旨在確定要求權利的主題的關鍵特征或基本特性，也非旨在幫助確定要求權利的主題的范圍。

公開了一種用于測量振弦測量儀中的弦的頻率的系統。該系統包括：用于產生其頻率與弦的頻率相匹配的信號的信號發生器和用于激勵弦以增加弦的振幅的激勵單元。信號發生器可以控制信號的振幅，并且由此控制弦的振幅。激勵單元可以利用信號激勵弦。所述系統可以進一步包括用于控制何時將信號發送到激勵單元的信號門。在一些實施方案中，所述信號可以產生為具有與弦的相位相匹配的相位。

在一些實施方案中，所述系統可以進一步包括用于確定弦的頻率和相位的頻率測定儀。在一些實施方案中，所述系統可以進一步包括數據控制器，其用于接收和存儲弦來自頻率測定儀的頻率，并指示信號門向激勵單元發送信號。信號門可以在信號的周期期間的任意時刻向激勵單元發送信號。信號門也可以控制發送到激勵單元的信號的周期數，以由此控制弦的振幅。另外，信號門可以間歇地向激勵單元發送信號，但是具有足夠的再發生(recurrence)以維持弦的持續振動。

在一些實施方案中，所述系統可以進一步包括檢測單元，其用于檢測弦的運動，并向頻率測定儀發送檢測信號。信號門可以交替地進行向頻率測定儀發送檢測信號和向激勵單元發送信號兩者。此外，檢測單元和激勵單元可以都包含線圈，并且可以共享同一個線圈。

還公開了一種測量振弦測量儀中振弦的頻率的激勵系統。該系統可以包括：用于產生與振弦的頻率和相位相匹配的激勵信號的信號發生器和用于當弦在振弦周期期間的任意時刻振動時激勵振弦的激勵單元。激勵單元可以利用激勵信號來激勵振弦。激勵振弦可以增加振弦的振幅，同時保持振弦的頻率和相位。所述系統可以進一步包括用于控制將來自信號發生器的激勵信號轉發到激勵單元的信號門。該信號門可以間歇地轉發激勵信號，但是具有足夠的再發生以維持弦的持續振動。

在一些實施方案中，激勵單元包含線圈。線圈可以利用激勵信號來激勵振弦和檢測弦的振動。此外，信號門可以交替地向激勵單元中的線圈轉發激勵信號和轉發來自線圈的振動檢測信號，該振動檢測信號用于計算弦的頻率。

系統也可以包括如上所述的多個激勵系統和連接到激勵系統中的每一個的信號門的數據控制器。該數據控制器可以將時間同步的激勵信號發送到信號門中的每一個，以控制激勵信號向每個激勵系統的激勵單元的傳遞。